Оценка метилирования 5’-промоторной области гена C9orf72 у российских пациентов с нейродегенеративными заболеваниями

Введение. Гексануклеотидная экспансия в гене C9orf72 является одной из наиболее значимых причин большого числа нейродегенеративных заболеваний: лобно-височной деменции (ЛВД), бокового амиотрофического склероза (БАС), болезни Паркинсона и др. При этом показана взаимосвязь с нейродегенеративным процессом как для полной экспансии (число GGGGCC-повторов >40), так и для промежуточной (13–20 повторов). В патогенезе ЛВД и БАС большую роль может играть метилирование гена C9orf72, механизм которого на сегодня недостаточно изучен.

Цель исследования – изучить статус метилирования 5’-промоторной области гена C9orf72 у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, имеющих полную или промежуточную экспансию GGGGCC-повторов.

Материалы и методы. Мы исследовали метилирование 5’-промоторной области гена C9orf72 в группе пациентов с полной экспансией и фенотипом БАС и/или ЛВД (n = 12), с промежуточной экспансией и фенотипом болезни Паркинсона (n = 8) и в контрольной группе (n = 8). Уровень метилирования определяли методом капиллярного секвенирования амплифицированных фрагментов, прошедших бисульфитную обработку.

Результаты. Выявлены 2 случая метилирования 5’-промоторной области гена C9orf72 у сибсов в группе пациентов с полной экспансией. Пациент А. (мужчина), 65 лет, имел атипичную клиническую картину БАС: манифестация с дрожания головы, длительное течение заболевания (на данный момент болен уже 9 лет), когнитивные нарушения, гипотрофия височных долей мозга по данным магнитно-резонансной томографии. У сестры пациента была сходная клиническая симптоматика. Ни одного случая метилирования 5’-промоторной области гена C9orf72 в группе с промежуточной экспансией и контрольной группе не обнаружено. 

Заключение. Это первые данные о метилировании 5’-промоторной области гена C9orf72, полученные для российской популяции. Частота встречаемости в нашей выборке составила 9,1 %, что соответствует результатам, полученным на других популяциях. Нетипичная клиническая картина у выявленных пациентов может свидетельствовать о модифицирующем влиянии метилирования данной области на фенотип БАС.

1. Byrne S., Heverin M, Elamin M. et al. Aggregation of neurologic and neuropsychiatric disease in amyotrophic lateral sclerosis kindreds: a population-based case-control cohort study of familial and sporadic amyotrophic lateral sclerosis. Ann Neurol 2013;74(5):699–708. DOI: 10.1002/ana.23969. PMID: 23836460.

2. Raaphorst J., de Visser M., Linssen W.H. et al. The cognitive profile of amyotrophic lateral sclerosis: a meta-analysis. Amyotroph Lateral Scler 2010;11(1–2):27–37. DOI: 10.3109/17482960802645008. PMID: 19180349.

3. Giordana M.T., Ferrero P., Grifoni S. et al. Dementia and cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: a review. Neurol Sci 2011;32(1):9–16. DOI: 10.1007/s10072-010-0439-6. PMID: 20953810.

4. Knopman D.S., Roberts R.O. Estimating the number of persons with frontotemporal lobar degeneration in the US population. J Mol Neurosci 2011;45(3):330–35. DOI: 10.1007/s12031-011-9538-y. PMID: 21584654.

5. Deutschländer A.B., Ross O.A., Dickson D.W. et al. Atypical parkinsonian syndromes: a general neurologist’s perspective. Eur J Neurol 2018;25(1):41–58. DOI: 10.1111/ene.13412. PMID: 28803444.

6. Ber I.L., Guedj E., Gabelle A. et al. Demographic, neurological and behavioural characteristics and brain perfusion SPECT in frontal variant of frontotemporal dementia. Brain 2006;129(11):3051–65. DOI: 10.1093/brain/awl288. PMID: 17071924.

7. Farg M., Sundaramoorthy V., Sultana J. et al. C9ORF72, implicated in amytrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia, regulates endosomal trafficking. Hum Mol Genet 2014;23(13):3579–95. DOI: 10.1093/hmg/ddu068. PMID: 24549040.

8. Zhang Y.J., Jasen-West K., Xu Y. et al. Aggregation-prone c9FTD/ALS poly (GA) RAN-translated proteins cause neurotoxicity by inducing ER stress. Acta Neuropathol 2014;128(4):505–24. DOI: 10.1007/s00401-014-1336-5. PMID: 25173361.

9. Gijselinck I., van Langenhove T., van der Zee J. et al. A C9orf72 promoter repeat expansion in a Flanders-Belgian cohort with disorders of the frontotemporal lobar degeneration-amyotrophic lateral sclerosis spectrum: a gene identification study. Lancet Neurol 2012;11(1):54–65. DOI: 10.1016/S1474-4422(11)70261-7. PMID: 22154785.

10. van Blitterswijk M., DeJesus-Hernandez M., Rademakers R. How do C9ORF72 repeat expansions cause ALS and FTD: can we learn from other non-coding repeat expansion disorders? Curr Opin Neurol 2014;25(6):689–700. DOI: 10.1097/WCO.0b013e32835a3efb. PMID: 23160421.

11. Cruts M., Gijselinck I., van Langenhove T. et al. Current insights into the C9orf72 repeat expansion diseases of the FTLD/ALS spectrum. Trends Neurosci 2013;36(8):450–9. DOI: 10.1016/j.tins.2013.04.010. PMID: 23746459.

12. Majounie E., Renton A.E., Mok K. et al. Frequency of the C9orf72 hexanucleotide repeat expansion in patients with amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia: a cross-sectional study. Lancet Neurol 2012;11(4):323–30. DOI: 10.1016/S1474-4422(12)70043-1. PMID: 22406228.

13. Hwang J.Y., Aromolaran K.A., Zukin R.S. The emerging field of epigenetics in neurodegeneration and neuroprotection. Nat Rev Neurosci 2017;18(6): 347–61. DOI:10.1038/nrn.2017.46. PMID: 28515491.

14. Belzil V.V., Bauer P.O., Gendron T.F. et al. Characterization of DNA hypermethylation in the cerebellum of c9FTD/ALS patients. Brain Res 2014;1584(10):15–21. DOI: 10.1016/j.brainres.2014.02.015. PMID: 24530272.

15. Liu E.Y., Russ J., Wu K. et al. C9orf72 hypermethylation protects against repeat expansion-associated pathology in ALS/ FTD. Actaneuropathol 2014;128(4):525– 41. DOI: 10.1007/s00401-014-1286-y. PMID: 24806409.

16. McMillan C.T., Russ J., Wood E.M. et al. C9orf72 promoter hypermethylation is neuroprotective: neuroimaging and neuropathologic evidence. Neurology 2015;84(16): 1622–30. DOI: 10.1212/WNL.0000000000001495. PMID: 25795648.

17. Russ J., Liu E.Y., Wu K. et al. Hypermethylation of repeat expanded C9orf72 is a clinical and molecular disease modifier. Actaneuropathol 2015;129(1):39–52. DOI: 10.1007/s00401-014-1365-0. PMID: 25388784.

18. Xi Z., Zinman L., Moreno D. et al. Hypermethylation of the CpG island near the G4C2 repeat in ALS with a C9orf72 expansion. Am J Human Genet 2013;92(6):981–9. DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.04.017. PMID: 23731538.

19. Belzil V.V., Bauer P.O., Prudencio M. et al. Reduced C9orf72 gene expression in c9FTD/ALS is caused by histone trimethylation, an epigenetic event detectable in blood. Actaneuropathol 2013;126(6):895–905. DOI: 10.1007/s00401-013-1199-1. PMID: 24166615.

20. Ciura S., Lattante S., Le Ber I. et al. Loss of function of C9orf72 causes motor deficits in a zebrafish model of amyotrophic lateral sclerosis. Ann Neurol 2013;74(2):180–7. DOI: 10.1002/ana.23946. PMID: 23720273.

21. Donnelly C.J., Zhang P.W., Pham J.T. et al. RNA toxicity from the ALS/FTD C9ORF72 expansion is mitigated by antisense intervention. Neuron 2013;80(2):415–28. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.10.015. PMID: 24139042.

22. Almeida S., Gascon E., Tran H. et al. Modeling key pathological features of frontotemporal dementia with C9ORF72 repeat expansion in iPSC-derived human neurons. Actaneuropathol 2013;126(3):385–99. DOI: 10.1007/s00401-013-1149-y. PMID: 23836290.

23. Brooks B.R., Miller R.G., Swash M. et al. El Escorial revisited: revised criteria for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis. Amyotroph Lateral Scler Other Motor Neuron Disord 2000;1(5):293–9. DOI:10.1080/146608200300079536. PMID: 11464847.

24. Rascovsky K., Hodges J.R., Knopman D. et al. Sensitivity of revised diagnostic criteria for the behavioural variant of frontotemporal dementia. Brain 2011;134(9):2456–77. DOI: 10.1093/brain/awr179. PMID: 21810890.

25. Gorno-Tempini M.L., Hillis A.E., Weintraub S. et al. Classification of primary progressive aphasia and its variants. Neurology 2011;76(11):1006–14. DOI: 10.1212/WNL.0b013e31821103e6. PMID: 21325651.

26. Gendron T.F., Belzil V.V., Zhang YJ. et al. Mechanisms of toxicity in C9FTLD/ALS. Actaneuropathol 2014;127(3):359–76. DOI: 10.1007/s00401-013-1237-z. PMID: 24394885.